Page 172 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 伍俊英，等： 金属桥箔电爆炸驱动飞片过程流场瞬态观测与数值模拟 第 1 期

1 瞬态观测

鉴于金属桥箔电爆炸过程中产生的光强极高，在普通背景光源条件下，难以清晰观测到诸如冲击波
波阵面、等离子体分布、飞片的位置等关键特征，因此，采用高光强激光作为背景光源。图 1 给出了金属
桥箔电爆炸驱动飞片运动过程流场的双脉冲激光纹影瞬态观测实验系统组成示意图，该系统包含高速
纹影摄像系统以及金属桥箔电爆炸驱动飞片装置两部分。高速纹影摄像系统由脉冲信号发生器、双脉
冲激光器、光电探头、纹影成像光学系统、双曝光相机以及计算机等关键器件构成。其中，纹影成像光
学系统由纹影镜、准直镜、成像透镜、滤光片、刀口以及成像白屏等光学元件组成。高速纹影摄像系统
的工作原理为：由脉冲信号发生器对金属桥箔电爆炸驱动飞片装置、双脉冲激光器以及双曝光相机进行
精准的时序控制，确保双脉冲激光器在金属桥箔发生电爆炸的瞬间，精准地发出两束具有一定时间间隔
的脉冲激光，经准直镜扩束后转变为平行光束，并穿过电爆炸发生区域。在该区域内，飞片的运动、冲击
波的膨胀压缩以及等离子体的膨胀扩散等一系列物理过程，共同导致流场密度产生显著变化。当光线
穿过这一流场密度变化区域时，会发生偏转现象。偏转后的光线依次经过纹影镜、滤光片、刀口等光学
元件处理后，在成像白屏上形成清晰可辨的纹影图像，进而被双曝光相机所记录。双曝光相机具备每次
拍摄两幅照片的能力，通过开展多次实验，并对时序进行精细调整，即可成功获取飞片运动过程中流场
演化的完整过程。

Photoelectric
High-speed camera converter
Device of flyer driven
by electrical explosion
Filter Double-pulse
laser

Imaging lens Schlieren Rogowski Collimator
Imaging screen mirror coil
Cutter point Pulsed power
supply
图 1 双脉冲激光纹影瞬态观测实验系统组成示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the dual-pulse laser schlieren system for transient observation experiments

实验采用铬-铜-镍-金（CCNA）复合金属膜作为桥箔材料，其中铜导电层体积分数达到约 90%，桥箔
的几何参数为：0.5 mm（长）×0.24 mm（宽）×5 μm（厚）。飞片选用 50 μm 厚的聚酰亚胺薄膜，加速膛为
0.3 mm 长的陶瓷圆管（内径 0.8 mm）。桥箔电爆炸驱动飞片的实验装置结构示意图如图 2 所示，实验中，

0.8 mm
0.3 mm
Shell
Polyimide film
Metal bridge foil
Electrode
Ceramic substrate

(a) Overall (b) Structural (c) Schematic diagram of composition
structure breakdown diagram and structure

图 2 桥箔电爆炸驱动飞片实验装置结构示意图
Fig. 2 Configuration schematic for bridge-foil explosive-driven flyer experiments

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